BRPI0613379A2 - aparelho, sistema e método para filtrar um fluido - Google Patents

Abstract

APARELHO, SISTEMA E MéTODO PARA FILTRAR UM FLUIDO. Trata-se de um aparelho, sistema e método para a provisão de filtração de densidade de gradiente gradativamente fina de um fluido (114), o aparelho pode incluir um conjunto de filtração soprado em fusão (112) que tem densidades variadas de microfilamentos soprados em fusão (204, 206, 208) fabricados a partir de acetal ou um outro termoplástico substancialmente estável dimensionalmente. O aparelho facilita desse modo a filtração eficiente ao prover um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente (112) compatível com vários combustíveis, agentes de refrigeração, e outras formas de um fluido.

Description

APARELHO, SISTEMA E MÉTODO PARA FILTRAR UM FLUIDO ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a sistemas de filtração de líquidos, e refere-se mais particularmente a um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente compatível com vários combustíveis, agentes de refrigeração, e outros fluidos líquidos e gasosos.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA CORRELATA

O preço constantemente crescente da gasolina nos anos recentes levou a um uso e uma disponibilidade maiores de combustíveis alternativos em todo o mundo. Realmente, os combustíveis alternativos tais como o metanol, o etanol, o gás natural, o propano, o biodiesel, a eletricidade, o hidrogênio, e os combustíveis da série p, são cada vez mais utilizados como alternativas econômicas e ambientalmente seguias em relação à gasolina. Tais combustíveis que não de petróleo são derivados geralmente de recursos renováveis domesticamente produzidos, tais como materiais biológicos, energia solar, e carvão. O gás natural também é utilizado abundantemente como uma fonte de energia básica para combustíveis alternativos. Embora não seja renovável, há uma fonte abundante de gás natural nos Estados Unidos e em países vizinhos na América do Norte. Os combustíveis alternativos propiciam desse modo uma forma relativamente segura da energia, substancialmente imune aos custos mercuriais e à disponibilidade da gasolina, que dependem de suprimentos de óleo cru limitadas no exterior e de uma capacidade de refino finita.

Em uso, os combustíveis alternativos são de queima substancialmente limpa, comparados à gasolina, resultando em benefícios ambientais com a redução de poluentes e emissões prejudiciais da descarga. Além disso, os veículos com combustíveis alternativos consomem geralmente menos combustível do que as suas contrapartes de veículos padrão. Isto também contribui com a redução das emissões do veículo e a degradação ambiental associada.

Embora os veículos com combustíveis alternativos tenham sido desenvolvidos para se beneficiar da solidez ambiental e econômico de combustíveis alternativos, tais veículos geralmente não conseguem utilizar todo o potencial cheio de tais combustíveis devido a uma incompatibilidade química fundamental entre os combustíveis e os filtros através dos quais eles são bombeados. Realmente, a maior parte dos filtros de combustível em tanque comercialmente disponíveis é projetada para filtrar a gasolina ou o combustível diesel, e compreendem desse modo os materiais apropriados para tal finalidade, sem levar em consideração a compatibilidade de tais materiais com combustíveis alternativos. Um filtro de combustível típico inclui uma camada exterior que encapsula um meio de filtração interno que tem uma ou mais camadas. Tal filtro de combustível, conhecido como um filtro do tipo de meio de profundidade, exibe geralmente elevadas eficiência e capacidade enquanto confina eficazmente os contaminantes no filtro. Para otimizar ainda mais a filtração de pequenos componentes em partículas eficazes, o meio de filtração interno do filtro de meio de profundidade pode compreender filamentos termoplásticos soprados em fusão não-trançados.

Uma rede de filamentos soprados em fusão fornece a filtração fina de uma magnitude geralmente não alcançável por técnicas de tecelagem de tecidos convencionais. O processo de sopro em fusão submete um cordão de filamento termoplástico a um gás à alta velocidade que atenua o filamento e o decompõe em microfibras. À medida que as fibras se movem para uma tela de coleta, o ar ambiente esfria e solidifica as fibras em uma rede não-trançada auto-aglutinada altamente eficaz para a filtração de pequenas partículas.

O processo de sopro em fusão requer geralmente um polímero termoplástico que seja suficientemente fluido para produzir microfibras finas, embora suficientemente viscoso para propiciar uma alta resistência das fibras e para impedir a aglutinação excessiva ou a ruptura das fibras. Similarmente, é importante que o polímero fique ligado adequadamente com outras fibras na solidificação, enquanto evita a coalescência pelo excesso de fusão. Realmente, a coalescência inadequada produz áreas onde as fibras perdem a sua identidade fibrosa, e desse modo não funcionam como um filtro. Por esta razão, quanto mais rápida a cristalização e mais elevado o ponto de fusão do polímero, melhor. O polímero geralmente considerado como mais bem apropriado para este processo exigente, e aquele utilizado predominantemente na indústria de filtros de combustível atualmente, é o nylon.

Embora os filamentos de nylon soprados em fusão tenham um bom desempenho em sistemas de filtros de combustíveis de gasolina convencionais, os combustíveis alternativos, particularmente os combustíveis contendo álcool, tais como o etanol e o metanol, tendem a fazer com que tais filamentos intumesçam, desse modo aumentando a restrição do fluxo à bomba de combustível e reduzindo o fluxo de combustível a um motor. Além disso, tais filamentos são suscetíveis a danos e à degradação pela exposição aos vários componentes químicos dos combustíveis alternativos. Em conseqüência disto, a eficiência do combustível e a confiabilidade em veículos com combustíveis alternativos podem ficar comprometidas.

Conseqüentemente, existe uma necessidade quanto a um sistema de filtração no estilo de meio de profundidade de densidade de gradiente que seja compatível com combustíveis alternativos. Vantajosamente, tal sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente deve manter eficaz a filtração de pequenas partículas, resistir ao intumescimento quimicamente induzido e outros danos e efeitos quimicamente induzidos, e otimizar a eficiência do combustível e a confiabilidade em veículos com combustíveis alternativos. Tal sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente é aqui descrito e reivindicado.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção foi desenvolvida em resposta ao estado da técnica atual, e particularmente em resposta aos problemas e às necessidades no estado da técnica que não ainda foram totalmente solucionados por sistemas atualmente disponíveis de filtração de meio de profundidade de densidade de gradiente. Conseqüentemente, a presente invenção foi desenvolvida para prover um sistema de filtração de meio de profundidade de densidade de gradiente que supere muitos ou todos os inconvenientes discutidos acima no estado da técnica.

Um aparelho para filtrar um fluido de acordo com determinadas realizações da presente invenção inclui um conjunto de filtração com sopro em fusão para propiciar a filtração cada vez mais fina de um fluido, tal como um agente de refrigeração ou um combustível. O conjunto de filtração com sopro em fusão pode incluir densidades variadas de microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante. Em uma realização, um diâmetro dos microfilamentos soprados em fusão pode variar entre aproximadamente 2 e 5 μm. Em algumas realizações, os microfilamentos soprados em fusão podem ser formados a partir de um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente com a capacidade de resistir aos efeitos quimicamente induzidos. Os exemplos de um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente incluem o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, o nylon de alta temperatura, ou uma combinação destes.

Em determinadas realizações, o conjunto de filtração com sopro em fusão pode incluir uma única camada ou múltiplas camadas sopradas em fusão, em que cada camada soprada em fusão tem uma porosidade singular e substancialmente constante de microfilamentos soprados em fusão. As camadas sopradas em fusão podem ser arranjadas de uma maneira tal que uma porosidade que corresponde a cada camada soprada em fusão diminui enquanto uma distância entre a camada soprada em fusão e um dispositivo alvo diminui.

0 aparelho também pode incluir um elemento de filtração geral acoplado ao conjunto de filtração com sopro em fusão para prover a filtração graúda, onde o elemento de filtração geral compreende, por exemplo, um meio de filtração aglutinado por fiação. Em determinadas realizações, o aparelho pode incluir um elemento de filtração externo substancialmente adjacente ao elemento de filtração geral para proteger o conjunto de filtração geral e de filtração com sopro em fusão contra tensões mecânicas.

Um sistema da presente invenção também é apresentado para prover a filtração de profundidade de densidade de gradiente de um fluido. 0 sistema pode ser incorporado por um tanque adaptado para armazenar um fluido, uma bomba para bombear o fluido a um dispositivo alvo, e um filtro para filtrar o fluido antes de alcançar o dispositivo alvo. O filtro pode incluir um conjunto de filtração com sopro em fusão para prover a filtração cada vez mais fina do fluido, onde o conjunto de filtração com sopro em fusão inclui porosidades variadas dos microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante. Tal como no aparelho, os microfilamentos soprados em fusão podem incluir um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente, tal como o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, o nylon de alta temperatura, ou uma combinação destes. O conjunto de filtração de gradiente pode incluir um arranjo de camadas sopradas em fusão pela poros idade, em que cada camada que tem uma poros idade substancialmente constante de microfilamentos soprados em fusão singulares para essa camada, de maneira tal que a porosidade diminui à medida que uma distância entre a camada e um dispositivo alvo diminui. Finalmente, o filtro também pode incluir um elemento de filtração geral para a filtração graúda, e um elemento de filtração externo para finalidades de proteção.

Um método da presente invenção também é apresentado para prócer a filtração de profundidade de densidade de gradiente de um fluido. Em uma realização, o método inclui o sopro em fusão de um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente para formar microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante, a formação dos microfilamentos soprados em fusão em uma camada soprada em fusão que tem uma porosidade singular e substancialmente constante, o arranjo de uma pluralidade de camadas sopradas em fusão de acordo com as suas porosidades relativas para produzir um conjunto de filtração com sopro em fusão, e a filtração de um fluido através do conjunto de filtração com sopro em fusão para obter a filtração cada vez mais fina do fluido. Em algumas realizações, o método também pode incluir a seleção do termoplástico substancialmente estável dimensionalmente para que inclua pelo menos um dentre o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, o nylon de alta temperatura, e termoplástico substancialmente estável dimensionalmente. Além disso, a filtração do fluido pode incluir a filtração de um fluido selecionado do grupo que consiste em um agente de refrigeração e um combustível.

A referência durante toda esta especificação às características, às vantagens, ou a uma linguagem similar não implica que todas as características e vantagens que podem ser obtidas com a presente invenção devem ser ou estão em qualquer realização simples da invenção. Pelo contrário, a linguagem que se refere às características e as vantagens deve ser compreendida como significando que uma peculiaridade, uma vantagem ou uma característica específica descrita em relação a uma realização é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Desse modo, a discussão das características e das vantagens e da linguagem similar, por todo o presente relatório descritivo, pode, mas não necessariamente, se referir à mesma realização.

Além disso, as peculiaridades, as vantagens e as características descritas da invenção podem ser combinadas de qualquer maneira apropriada em uma ou mais realizações. Um elemento versado na técnica correspondente irá reconhecer que a invenção pode ser praticada sem uma ou o mais das características ou das vantagens específicas de uma realização particular. Em outros casos, as características e as vantagens adicionais podem ser reconhecidas em determinadas realizações que podem não estar presentes em todas as realizações da invenção.

Essas características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais amplamente aparentes a partir da seguinte descrição e das reivindicações anexas, ou podem ser aprendidas pela prática da invenção tal como determinado em seguida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fim de que as vantagens da invenção sejam compreendidas imediatamente, uma descrição mais particular da invenção descrita resumidamente acima será feita por meio de referência às realizações específicas que são ilustradas nos desenhos em anexo. Ao compreender que tais desenhos ilustram somente as realizações típicas da invenção e, portanto, não devem ser considerados como limitadores do seu âmbito, a invenção será descrita e explicada com especificidade e detalhes adicionais através do uso dos desenhos anexos, nos quais:

a Figura 1 é uma vista em seção transversal de um tanque de combustível que inclui um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com determinadas realizações da presente invenção;

a Figura 2 é uma vista em seção transversal de uma realização de um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção; a Figura 3 é uma vista em seção transversal de uma realização alternativa de um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção;

a Figura 4 é uma vista em perspectiva de um aparelho de sopro em fusão que pode ser utilizado na fabricação de camadas sopradas em fusão do sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com determinadas realizações da presente invenção;

a Figura 5 é uma vista superior ampliada de microfilamentos de acetal soprados em fusão que formam uma primeira camada de um conjunto de filtração com sopro em fusão de acordo com determinadas realizações da presente invenção;

a Figura 6 é uma vista superior ampliada de microfilamentos de acetal soprados em fusão que formam uma segunda camada do conjunto de filtração com sopro em fusão de acordo com determinadas realizações da presente invenção; e

- a Figura 7 é uma vista superior ampliada de microfilamentos de acetal soprados em fusão que formam uma terceira camada do conjunto de filtração com sopro em fusão de acordo com determinadas realizações da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A referência por todo o presente relatório descritivo a "realização", "uma realização" ou uma linguagem similar significa que uma peculiaridade, uma estrutura ou uma característica particular descrita em relação à realizações é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção.

Desse modo, os aparecimentos das expressões "uma realização", "em uma realização" e uma linguagem similar por todo o presente relatório descritivo podem, mas não necessariamente, se referir todos à mesma realização.

Além disso, as peculiaridades, as estruturas ou as características descritas da invenção podem ser combinadas de qualquer maneira apropriada em uma ou mais realizações. Na seguinte descrição, numerosos detalhes específicos são apresentados para fornecer uma compreensão completa das realizações da presente invenção. Um elemento versado na técnica correspondente irá reconhecer, no entanto, que a invenção pode ser praticada sem um ou o mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, e assim por diante. Em outros casos, as estruturas, os materiais, ou as operações bem conhecidos não são mostrados nem são descritos em detalhes para evitar o obscurecimento de aspectos da invenção.

Conforme empregado no presente relatório descritivo, o termo "meio de profundidade" ou "filtro de profundidade" refere-se a um arranjo em estágios ou graduado de material fibroso que tem o efeito de aumentar a área de superfície do filtro. O termo "gradiente de densidade" refere-se ao teor percentual de sólidos de um meio de profundidade particular. O termo "filtração de profundidade de densidade de gradiente" refere-se a um processo de filtração que utiliza um meio de profundidade para obter um gradiente de densidade crescente (ou um gradiente de porosidade decrescente) para filtrar e aprisionar partículas.

Um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção pode ser implementado para filtrar um combustível, um agente de refrigeração, a água e/ou qualquer outro fluido conhecido dos elementos versados na técnica. A Figura 1 ilustra um sistema de combustível convencional que pode implementar o sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente da presente invenção. O sistema de combustível pode incluir um tanque de combustível 100 que tem uma entrada 102, uma unidade de envio de combustível 108, e uma linha de suprimento 110. 0 tanque de combustível 100 pode compreender metal, plástico, ou um outro material substancialmente rígido conhecido dos elementos versados no estado da técnica com a capacidade de reter e de resistir aos efeitos químicos dos combustíveis tais como a gasolina, o combustível diesel, combustíveis alternativos tais como o metanol e o etanol e/ou qualquer outro combustível conhecido dos elementos versados no estado da técnica.

A entrada 102 pode ser formada para dirigir o combustível de uma fonte exterior de combustível, tal como uma bomba de gás, ao tanque de combustível 100. Do tanque de combustível 100, o combustível pode ser dirigido a uma bomba de combustível 106 abrigada individualmente ou dentro da unidade de envio de combustível 108 pela pressão negativa criada eletricamente pela bomba de combustível 106, ou por outros meios conhecidos dos elementos versados no estado da técnica. A unidade de envio de combustível 108 pode ser montada e vedada dentro do tanque de combustível 100 para proteger os componentes sensíveis da bomba de- combustível 106, e pode se comunicar com uma linha de suprimento 110 adaptada para transportar o combustível aos injetores de combustível (não mostrados) ou a um outro dispositivo alvo conhecido dos elementos versados no estado da técnica.

Alternativamente, a bomba de combustível 106 pode compreender uma bomba de combustível mecanicamente operada 106 que reside fora do tanque de combustível 100, onde a linha de suprimento 110 se comunica com um carburador (não mostrado) ou um outro dispositivo alvo. Em todo o caso, um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção pode interceptar a direção de curso do combustível 114 do tanque de combustível 100 para a bomba de combustível 106 para filtrar eficazmente a matéria em partículas do combustível antes do uso, tal como discutido mais detalhadamente com referência às Figuras 2 e 3 abaixo.

Similarmente, um sistema de refrigeração convencional (não mostrado), pode implementar o sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente da presente invenção para filtrar eficazmente a matéria em partículas de um meio líquido utilizado para dissipar o calor de um dispositivo alvo, tal como um motor de um automóvel. Um sistema de refrigeração de automóvel típico inclui um motor, uma bomba, um radiador, e uma série de correias, braçadeiras e mangueiras para a conexão de todas elas. Em operação, a bomba dirige um meio líquido através das mangueiras próximas ao motor para coletar o calor gerado desse modo. Um meio líquido pode compreender, por exemplo, a água, um agente de refrigeração tal como o etileno glicol, uma combinação destes, ou qualquer outro meio líquido conhecido dos elementos versados no estado da técnica. As mangueiras de conexão podem então dirigir o meio líquido ao radiador, onde o calor coletado do motor pode ser dissipado na atmosfera. Um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção pode ser implementado entre a bomba e uma primeira mangueira para filtrar o meio líquido antes da disseminação sobre o motor, otimizando desse modo as capacidades de refrigeração do meio líquido.

Com referência agora à Figura 2, um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente de acordo com a presente invenção pode geralmente compreender um conjunto de filtração com sopro em fusão 202 que tem múltiplas camadas sopradas em fusão 204, 206 e 208 de porosidades variadas. Realmente, a variação na porosidade produz a variação correspondente no tamanho intersticial ou de poro, propiciando desse modo capacidades de filtração de camada variadas. Esse método de se basear na variação da porosidade ou do gradiente de densidade para variar a capacidade de filtração de camada facilita um filtro do tipo de meio de profundidade eficaz feito de acetal e/ou um outro termoplástico substancialmente estável dimensionalmente compatível com vários combustíveis, agentes de refrigeração, e outros líquidos, tal como discutido mais detalhadamente com referência às Figuras 4-7 a seguir.

Em algumas realizações, por exemplo, uma primeira camada 204 do conjunto de filtração com sopro em fusão 202 pode incluir uma porosidade entre aproximadamente 90 e 98% para prover a filtração de partículas pequenas inicial. A primeira camada 2 04 pode ser acoplada a uma segunda camada 206 adaptada para efetuar a filtração de partículas pequenas de uma magnitude reduzida. Uma porosidade que corresponde à segunda camada 206 pode variar, por exemplo, entre aproximadamente 85 e 97%. Finalmente, a segunda camada 206 do conjunto de filtração com sopro em fusão 202 pode ser acoplada a uma terceira camada 208 adaptada para efetuar a filtração de partículas finas. Uma porosidade que corresponde à terceira camada 208 pode variar, por exemplo, entre aproximadamente 80 e 96%. Desta maneira, o conjunto de filtração com sopro em fusão 202 da presente invenção propicia a filtração cada vez mais fina de um fluido que tem uma direção de curso 114 da primeira camada 204 à terceira camada 208. Naturalmente que o elemento versado na técnica irá reconhecer que a primeira, a segunda e a terceira camadas 204, 206 e 208 do conjunto de filtração com sopro em fusão 202 descrito acima são apenas para finalidades ilustrativas, e que um conjunto de filtração com sopro em fusão 202 de acordo com a presente invenção pode incluir qualquer número de camadas arranjadas para prover a filtração cada vez mais fina. Além disso, em algumas realizações, o conjunto de filtração com sopro em fusão 2 02 pode incluir um arranjo graduado de microfilamentos soprados em fusão integrados em um elemento unitário, de maneira tal que o conjunto de filtração com sopro em fusão 202 fica substancialmente destituído de camadas individualmente identificáveis.

Em algumas realizações, o conjunto de filtração com sopro em fusão 202 pode ser acoplado a pelo menos um elemento de filtração geral 200 adaptado para a filtração relativamente graúda, desse modo contribuindo ainda mais para um efeito de filtração graduada. Em determinadas realizações, o conjunto de filtração com sopro em fusão 202 pode ser imprensado entre dois elementos de filtração geral 200a e 200b para encapsular substancialmente as camadas sopradas em fusão mais delicadas do conjunto de filtração com sopro em fusão 202, protegendo desse modo o conjunto com sopro em fusão 202 e também contribuindo para a filtração total.

O elemento de filtração geral 200 pode incluir um meio de filtração aglutinado por fiação, que se refere a essa classe dos materiais não-trançados onde os filamentos recém- formados são sujeitados imediatamente ao ar frio para interromper a sua atenuação. 0 elemento de filtração geral 200 pode ter uma poros idade maior do que uma poros idade que corresponde à primeira camada 2 04 do conjunto de filtração com sopro em fusão 2 02, de maneira tal que o elemento de filtração geral 200 propicia a filtração preliminar da matéria em partículas relativamente grande de um fluido. 0 elemento de filtração geral 200 pode compreender, por exemplo, nylon, poliéster, acetal, Teflon®, ou um outro meio de filtração aglutinado por fiação conhecido dos elementos versados no estado da técnica. O diâmetro médio do filamento de tal meio pode compreender, por exemplo, aproximadamente 100 μm.

Com referência agora à Figura 3, em determinadas realizações, um sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente também pode incluir um elemento de filtração externo 300 acoplado ao elemento de filtração geral 200 e/ou ao conjunto de filtração com sopro em fusão 202 para proteger ainda mais contra as tensões ambientalmente impostas, tais como as tensões mecânicas resultando do contato com o tanque 100 ou outros componentes do sistema, e/ou as tensões químicas induzidas pela exposição ao fluido. Um elemento de filtração externo 3 00 pode incluir um material extrudado graúdo, tal como nylon, poliéster, acetal, o Teflon® , ou um outro material conhecido dos elementos versados no estado da técnica. 0 material pode ser tecido para produzir uma malha substancialmente estável estruturalmente. Realmente, uma vez que a finalidade principal do elemento de filtração externa 300 consiste em proteger os componentes mais sensíveis acoplados ao mesmo, uma porosidade que corresponde ao elemento de filtração externa 3 00 pode ser substancialmente maior do que até mesmo o elemento de filtração geral 200. Em algumas realizações, por exemplo, lima largura de malha intersticial pode variar entre aproximadamente 100 e 1.000 μm. O tamanho intersticial do elemento de filtração externa 300, no entanto, não é crítico, contanto que não interfira na integridade estrutural e na durabilidade do elemento de filtração externo 300.

Em outras realizações, um sistema de filtração da profundidade de densidade de gradiente pode incluir dois ou mais painéis 306, em que cada painel 306 compreende um conjunto de filtração com sopro em fusão 202 imprensado substancialmente entre dois elementos de filtração geral 200.

Um elemento de filtração externa 300 pode ser acoplado aos elementos de filtração geral 200 mais externos, de maneira tal que o elemento de filtração externa 300 encapsule essencialmente cada outro componente do sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente. Em algumas realizações, cada painel 306 pode aglutinado por pontos com sonicação para obter as regiões de filtração 306 distintas demonstrando uma maior estabilidade. Alternativamente, as aglutinações por pontos 308 podem reforçar o sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente através de toda a sua profundidade.

Com referência agora à Figura 4, os microfilamentos soprados em fusão do conjunto de filtração com sopro em fusão 202 podem ser produzidos de acordo com o seguinte processo. Um polímero pode ser formado como pelotas para facilitar o processamento por um aparelho de sopro com fusão 400. O aparelho de sopro com fusão 400 pode incluir um alimentador 404 para dirigir as pelotas a uma extrusora 406 acoplada a uma cabeça de molde 408. Uma força de atenuação pode ser aplicada na cabeça de molde 408 para extrair o polímero em fusão através dos orifícios derretidos 414 na cabeça de molde 408. Assim que o polímero é extrudado através da cabeça de molde 408, um gás à alta velocidade pode escoar através dos distribuidores de gás 416 para atenuar o polímero em microf ilamentos. À medida que a corrente de gás que contem os microfilamentos prossegue rumo a uma tela coletora 412, o ar ambiente pode refrigerar e solidificar os microfilamentos, os quais podem então ser coletados aleatoriamente na tela coletora 412 para formar uma rede não-trançada auto- aglutinada 418. Em alguns casos, um vácuo pode ser aplicado em uma superfície interna da tela coletora 412 para intensificar a aplicação dos microfilamentos à superfície da tela coletora 412.

O processo de sopro com fusão requer geralmente um polímero que seja suficientemente fluido para produzir microfibras finas, embora suficientemente viscoso para propiciar uma alta resistência da fibra e para impedir a aglutinação excessiva das fibras. Similarmente, é importante que o polímero fique ligado adequadamente com outras fibras com a solidificação, enquanto evita a coalescência por excesso de fusão. Desse modo, quanto mais rápida a cristalização e mais elevado o ponto de fusão do polímero, melhor. Embora o nylon seja geralmente considerado como o polímero mais bem adequado para este processo exigente, o nylon é singularmente suscetível à absorção de água, o que o torna incompatível com as aplicações utilizadas para filtrar a água e/ou outros meios líquidos que contêm ou que produzem a água. Conseqüentemente, devido ao fato que a filtração eficiente de pequenas partículas requer geralmente microfilamentos soprados em fusão, se faz necessário um polímero alternativo a partir do qual um material soprado em fusão pode ser fabricado.

Particularmente, um termoplástico substancialmente estável dimensional estável, tal como o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, o nylon de alta temperatura, ou um outro termoplástico substancialmente estável dimensionalmente conhecidos dos elementos versados no estado da técnica pode ser utilizado para criar os microfilamentos soprados em fusão apropriados para serem utilizados no sistema de filtração de profundidade de densidade de gradiente da presente invenção. Em algumas realizações, o termoplástico substancialmente dimensional estável também pode resistir aos efeitos quimicamente induzidos causados por reagentes químicos tais como óleos neutros, graxa, combustíveis baseados em petróleo, álcoois e outros solventes orgânicos incluindo ésteres, cetonas, e hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos.

Devido ao fato que tal termoplástico substancialmente estável dimensionalmente não pode demonstrar inerentemente qualidades sujeitas ao processo de sopro em fusão, no entanto, os parâmetros de sopro em fusão operacional podem ser ajustados para customizar o processo ao polímero termoplástico selecionado. Em uma realização, por exemplo, as resinas de acetal podem ser formadas como pelotas para o processamento por um aparelho de sopro em fusão 400.

Devido ao fato que o acetal, ao contrário do nylon, demonstra um volume nas fibras muito elevado, bem como uma viscosidade elevada, as velocidades e temperaturas de processamento podem ser ajustadas para permitir o processamento apropriado das pelotas de acetal para formar uma rede não-trançada de microfilamentos soprados em fusão.

Realmente, onde o nylon é o polímero termoplástico sujeitado ao processo de sopro em fusão, uma temperatura de todo o aparelho de sopro em fusão 400 varia normalmente entre aproximadamente 215 e 340°C, ao passo que uma temperatura do gás de atenuação escoado pelos distribuidores de gás 416 atinge tipicamente aproximadamente 300°C. A presente invenção, por outro lado, contempla a manutenção da temperatura do aparelho de sopro em fusão 400 abaixo de 230°C, em uma faixa entre aproximadamente 16Oe 230°C. Tal temperatura reduzida permite o processamento apropriado do acetal ou de um termoplástico parecido sujeitado ao processo de sopro com fusão. Similarmente, em determinadas realizações, a temperatura do gás de atenuação pode ser mantida em uma faixa entre aproximadamente 190 e 290°C.

Embora tais ajustes na temperatura possam permitir que o acetal e outros tais polímeros termoplásticos sejam soprados em fusão de acordo com a prática de sopro em fusão convencional, os ajustes na velocidade da tela coletora 412, na velocidade do gás de atenuação, e na efluência do polímero também podem ser requeridos para resultar em uma rede não- trançada 418 apropriada para a filtração. Em uma realização, por exemplo, a velocidade da tela coletora 412 pode ser mantida em uma faixa entre aproximadamente 2 e 13 m/min, enquanto o fluxo do gás de atenuação pode variar entre aproximadamente 64 e 250 m/s e a efluência do polímero pode variar entre aproximadamente 0,07 e 0,75 g/furo/min.

Apesar da eficácia desses ajustes para permitir que o acetal soprado em fusão atinja uma aglutinação não-trançada suficiente a despeito de seu elevado volume nas fibras característico, a viscosidade relativa do acetal pode contudo limitar a faixa do tamanho de microfilamento que pode ser obtida. Em conseqüência disto, o conjunto de filtração de gradiente 202 da presente invenção é baseado principalmente em densidades variadas de microfilamentos soprados em fusão para produzir o efeito de filtro graduado discutido anteriormente, ao invés de depender dos tamanhos variados dos microfilamentos para produzir capacidades de filtração variadas.

Com referência agora às Figuras 5-7, um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente, tal como o acetal, pode ser soprado em fusão para produzir os microfilamentos 410 que têm um tamanho de diâmetro substancialmente constante 500. Em algumas realizações, por exemplo, um diâmetro 500 de cada microfilamento pode variar entre aproximadamente 2,5 e 30 μm. Conforme ilustrado na Figura 5, a primeira camada 204 do conjunto de filtração com sopro em fusão 202 da presente invenção pode compreender uma porosidade 502 de aproximadamente 96% para prover a filtração de porosidade graúda de um fluido. A segunda camada 206, conforme mostrado na Figura 6, pode incluir os microfilamentos 410 substancialmente iguais no diâmetro 500 àqueles mostrados na Figura 5. Os microfilamentos 410 da segunda camada 206, no entanto, podem compreender uma porosidade 602 de aproximadamente 94% para prover a filtração de porosidade intermediária do fluido. Finalmente, a terceira camada 208, ilustrada na Figura 7, pode compreender os microfilamentos 410 comparáveis no diâmetro 500 à primeira e segunda camadas 204 e 206 ilustradas nas Figura 5 e 6, embora a terceira camada 208 possa demonstrar uma porosidade 702 de aproximadamente 92 para prover a filtração de profundidade de porosidade fina.

A presente invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem que se desvie do seu caráter ou características essenciais. As realizações descritas devem ser consideradas em todos os respeitos somente como ilustrativas e não restritivas. 0 âmbito da invenção é, portanto, indicado pelas reivindicações anexas e não pela descrição antecedente. Todas as mudanças que se enquadram dentro do significado e da faixa de equivalência das reivindicações devem ser englobadas dentro de seu âmbito.

Claims (20)

1. APARELHO PARA FILTRAR UM FLUIDO, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de filtração com sopro em fusão para prover a filtração cada vez mais fina de um fluido, em que o conjunto de filtração com sopro em fusão compreende porosidades variadas de microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microf ilamentos soprados em fusão compreendem um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o termoplástico substancialmente estável dimensionalmente resiste aos efeitos quimicamente induzidos.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o termoplástico substancialmente estável dimensionalmente compreende pelo menos um dentre o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, e o nylon de alta temperatura.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de filtração com sopro em fusão compreende adicionalmente uma pluralidade de camadas sopradas em fusão, em que cada camada da pluralidade de camadas sopradas em fusão compreende uma porosidade singular e substancialmente constante dos microfilamentos soprados em fusão.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a porosidade que corresponde a cada camada da pluralidade de camadas sopradas em fusão diminui à medida que uma distância entre a camada soprada em fusão e um dispositivo alvo diminui.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um elemento de filtração geral acoplado ao conjunto de filtração com sopro em fusão para efetuar a filtração graúda, em que o elemento de filtração geral compreende um meio de filtração aglutinado por fiação.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um elemento de filtração externo substancialmente adjacente ao elemento de filtração geral para proteger o elemento de filtração geral e o conjunto de filtração com sopro em fusão contra tensões mecânicas.

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diâmetro substancialmente constante dos microfilamentos soprados em fusão compreende uma faixa entre aproximadamente 2 e 5 μπι.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido é selecionado do grupo que consiste em um agente de refrigeração e um combustível.

11. SISTEMA PARA FILTRAR UM FLUIDO, caracterizado pelo fato de compreender: um tanque adaptado para armazenar um fluido; uma bomba acoplada ao tanque para bombear o fluido a um dispositivo alvo; e um filtro substancialmente adjacente à bomba para filtrar o fluido antes de alcançar o dispositivo alvo, sendo que o filtro compreende: um conjunto de filtração com sopro em fusão para prover a filtração cada vez mais fina do fluido, em que o conjunto de filtração com sopro em fusão compreende porosidades variadas dos microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os microfilamentos soprados em fusão compreendem um termoplástico substancialmente estável dimensionalmente.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o termoplástico substancialmente estável dimensionalmente compreende pelo menos um dentre o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, e o nylon de alta temperatura.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o conjunto de filtração com sopro em fusão compreende adicionalmente uma pluralidade de camadas sopradas em fusão, em que cada camada da pluralidade de camadas sopradas em fusão compreende uma porosidade singular e substancialmente constante dos microfilamentos soprados em fusão.

15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a porosidade que corresponde a cada camada da pluralidade de camadas sopradas em fusão diminui à medida que uma distância entre a camada soprada em fusão e o dispositivo alvo diminui.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o filtro compreende adicionalmente um elemento de filtração geral acoplado ao conjunto de filtração com sopro em fusão, em que o elemento de filtração geral compreende um meio de filtração aglutinado por fiação.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o filtro compreende adicionalmente um elemento de filtração externo substancialmente adjacente ao elemento de filtração geral para proteger o elemento de filtração geral e o conjunto de filtração com sopro em fusão contra tensões mecânicas.

18. MÉTODO PARA FILTRAR UM FLUIDO, caracterizado pelo fato de compreender: o sopro em fusão de um termoplástico substancialmente estável dimensional para formar microfilamentos soprados em fusão que têm um diâmetro substancialmente constante; a formação dos microfilamentos soprados em fusão como uma camada soprada em fusão que tem uma porosidade singular e substancialmente constante; o arranjo de uma pluralidade de camadas sopradas em fusão de acordo com as suas densidades relativas para produzir um conjunto de filtração com sopro em fusão; e a filtração de um fluido através do conjunto de filtração com sopro em fusão para obter a filtração cada vez mais fina do fluido.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a seleção do termoplástico substancialmente estável dimensionalmente para incluir pelo menos um dentre o acetal, o polietileno, o sulfeto de polifenileno, e o nylon de alta temperatura.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a filtração do fluido compreende a filtração de um fluido selecionado do grupo que consiste em um agente de refrigeração e um combustível.